在此圖中，NASA的恒心火星探測器使用了X射線巖石化學行星儀器(PIXL)。X射線光譜儀位于流動站機械臂末端的炮塔上，可幫助尋找巖石中古代微生物的生命跡象。圖片來源：NASA / JPL-Caltech

美國宇航局(NASA)的“火星2020”恒心漫游車面臨著艱巨的挑戰：必須在2021年2月18日完成任務的慘重進入，下降和著陸階段后，它將開始尋找數十億年前的微觀生命痕跡。這就是為什么要包裝PIXL(由人工智能(AI)驅動的精密X射線設備)的原因。

PIXL是X射線巖石化學行星儀器的縮寫，是一種飯盒大小的儀器，位于Perseverance的7英尺長(2米長)機械臂的末端。漫游者最重要的樣本將通過手臂末端的取芯鉆收集，然后藏在金屬管中，毅力將沉積在表面上，以備將來執行任務時返回地球。

從維京號著陸器到好奇號火星車，幾乎所有成功登陸火星的任務都包括某種X射線熒光光譜儀。PIXL與先前產品不同的一個主要方法是能夠使用強大的，聚焦良好的X射線束掃描巖石，從而發現化學物質在表面上的分布位置和數量。

“ PIXL的X射線束非常窄，可以精確地識別出一小粒鹽。這使我們能夠非常準確地將我們檢測到的化學物質與巖石中的特定紋理結合起來，” NASA Jet的PIXL首席研究員阿比蓋爾·阿爾伍德(Abigail Allwood)說。南加州推進實驗室。

在確定哪些樣本值得帶回地球時，巖石質地將是必不可少的線索。在我們的星球上，扭曲的巖石稱為疊層石，是由古老的細菌層制成的，它們只是科學家將尋找的化石古生物的一個例子。

PIXL要求提供其巖石目標的圖片以自動定位自己。儀器在夜間工作時，發光二極管環繞其開口并為巖石目標拍照。PIXL使用人工智能，依靠圖像來確定距要掃描的目標有多遠。圖片來源：NASA / JPL-Caltech

人工智能驅動的夜貓子

為了幫助找到最佳目標，PIXL不僅僅依靠精密的X射線束。它還需要一個六腳架-一種具有六個機械腿的設備，該六個機械腿將PIXL連接到機械臂并在人工智能的指導下獲得最精確的瞄準。將流動站的手臂放在有趣的巖石附近后，PIXL使用相機和激光來計算其距離。然后，這些腿微微動一下-大約100微米，大約是人發寬度的兩倍-因此該設備可以掃描目標，將在郵票大小區域內發現的化學物質進行標測。

奧爾伍德說：“六足動物可以自己弄清楚如何指向和伸展雙腿，使其更接近巖石目標。” “這就像是一個小型機器人，已經在漫游者手臂的末端呆在家里。”

然后，在儀器傾斜100微米并進行另一次測量之前，PIXL會從巖石上的單個點開始以10秒的突發量度測量X射線。要制作一張郵票大小的化學圖譜，可能需要在八到九小時的時間內完成數千次。

該時間框架在一定程度上導致PIXL的微觀調整如此關鍵：火星上的溫度在一天的過程中變化超過100華氏度(38攝氏度)，導致恒心機械臂上的金屬膨脹和收縮多達半英寸(13毫米)。為了最大程度地減少PIXL必須應對的熱收縮，該儀器將在太陽落山后進行科學處理。

“ PIXL是夜貓子，”奧爾伍德說。“夜晚的溫度更穩定，這也使我們能夠在流動站活動較少的時候工作。”

藝術與科學相結合的X射線

X射線熒光到達火星之前很久，地質學家和冶金學家就用它來識別材料。最終，它成為發現繪畫起源或檢測偽造品的標準博物館技術。

PIXL在NASA噴氣推進實驗室的測試過程中打開了防塵罩。PIXL位于NASA的恒心火星探測器的七種儀器之一，位于該漫游者的機械臂末端。圖片來源：NASA / JPL-Caltech

JPL PIXL團隊的X射線熒光專家Chris Heirwegh說：“如果您知道藝術家通常使用某種鈦白粉并具有獨特的重金屬化學特征，則該證據可能有助于鑒定繪畫。” “或者，您可以確定某種涂料是否起源于意大利而不是法國，并將其與該時期的特定藝術團體聯系起來。”

對于天體生物學家來說，X射線熒光是閱讀古代遺留下來的故事的一種方式。Allwood用它來確定在她的祖國澳大利亞發現的疊層巖是地球上最古老的微生物化石，其歷史可追溯到35億年前。利用PIXL繪制巖石質地的化學圖譜將為科學家提供線索，以解釋樣品是否可能是化石微生物。

有關任務的更多信息

恒心號在火星上的主要目標是天體生物學，包括尋找古代微生物生命的跡象。流浪者還將表征地球的氣候和地質，為人類探索紅色星球鋪平道路，并且是第一個收集和儲存火星巖石和重石塊(破碎的巖石和塵土)的行星任務。NASA目前正在與歐洲航天局合作考慮進行后續飛行任務，這些飛行任務將把航天器送往火星，以從地表收集這些緩存的樣本，然后將它們送回地球進行深入分析。